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Filtros de carvão ativado biologicamente para emprego em configuração multibarreiras (O3-BAC-O3) visando à remoção de contaminante de preocupação emergente e toxicidade

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Camara, Luan Araújo, 1992-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Pesticidas
Toxicidade
Retardantes de combustão
Carbono ativado
Pesticides
Toxicity
Fireproofing agents
Carbon, activated
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/28079
Resumo: Orientadores: Renato Falcão Dantas, Rodrigo Pereira Cavalcante
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spelling Filtros de carvão ativado biologicamente para emprego em configuração multibarreiras (O3-BAC-O3) visando à remoção de contaminante de preocupação emergente e toxicidadeBiologically activated carbon filters for use in multibarrier configuration (O3-BAC-O3) for the removal of contaminant of emerging concern and toxicityPesticidasToxicidadeRetardantes de combustãoCarbono ativadoPesticidesToxicityFireproofing agentsCarbon, activatedOrientadores: Renato Falcão Dantas, Rodrigo Pereira CavalcanteDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de TecnologiaResumo: Os tratamentos convencionais empregados nas estações de tratamento de esgoto (ETEs) não são capazes de eliminar de maneira adequada contaminantes persistentes, entre eles, pode-se citar os pesticidas e retardantes de chamas (OPFRs). Nesse contexto, uma alternativa promissora é a utilização de filtros biológicos (do inglês "biological activated carbon", BAC) combinado com ozônio em processos multibarreiras (O3-BAC-O3). Este trabalho foi focado em analisar a eficiência de colunas BAC para remoção de contaminantes emergentes, com ênfase nos pesticidas e retardantes de chama, assim como, a toxicidade dos efluentes pós BAC, para avaliar a necessidade de um processo multibarreira. Foram construídas colunas BAC, a partir de carvão ativado granular (CAG) em tubos de vidro de altura de 1 m e diâmetro de 20mm empacotadas com dois tipos de carvão ativado obtidos comercialmente da BFilters (BF) e Sigma-Aldrich (SA), com 25 cm e 50 cm de altura cada coluna. Para formação do biofilme os filtros foram alimentados durante 360 dias com efluente secundário coletado de uma estação municipal de esgoto. Foram analisados os parâmetros físico-químicos, com destaque para a demanda química e bioquímica de oxigênio (DQO, DBO), oxigênio dissolvido; análise metagenômica e análises superficiais com destaque para a; análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV); e análise superficial específica (BET) para monitoramento do crescimento microbiano. O CAG (SA) apresentou melhor performance para a adsorção de matéria orgânica (em torno de 90% de remoção) nos primeiros 15 dias de operação em comparação ao BF que atingiu cerca de 60%. Pelas análises metagenômicas foi possível caracterizar a diversidade microbiana nos biofilmes construídos a partir do CAG com predominância da espécie Lysinibacillus, L.sphaericus, fusimforms e Mucor circinelloides. As imagens de MEV demonstraram o crescimento microbiano dentro dos poros dos CAG, principalmente da BF. Além disso, o crescimento do biofilme alterou sua superfície, aumentando significativamente a área superficial do carvão ativado BF de 481,60 para 692,05 m2.g-1 em relação ao SA, que foi de 627,07 para 641,87 m2g-1, um aumento de 43,70% e 2,4% respectivamente. Para o BF, obteve-se também, após a formação do biofilme, um aumento de até 32% volume de microporos e diminuição de seu diâmetro, evidenciando que o crescimento microbiano ocorreu no interior dos poros. Estes resultados indicam maior performance da BF para o crescimento do biofilme em relação ao SA, com maior diversidade microbiana, área superficial e diâmetro de poro. A performance para remoção dos contaminantes, mostrou a eficiência de ambos os biofiltros (BF e SA), com remoção média de 99% dos pesticidas, exceto carbofurano (88%) e 100% para os OPRFs, com concentrações abaixo do limite de quantificação (LQ). A remoção dos contaminantes pela biorremediação dos biofiltros indica a formação de metabolitos no efluente final, aumentando a toxicidade do efluente. Os testes de toxicidade foram realizados utilizando E. sativa e A. salina demonstraram que o tratamento via BAC não é suficiente para remoção dos metabólitos gerados pela biorremediação dos microrganismos, necessitando da etapa de ozonização para diminuição da toxicidade. Com o tratamento multibarreiras (O3-BAC-O3), os 2 testes de toxicidade apresentaram significância estatística (p<0.05) na diminuição da toxicidade do efluente para ambos os biofiltros e, para ambos contaminantes (Pesticidas e OPFRs)Abstract: The conventional treatments used in sewage treatment plants ("WWTPs") are not capable of adequately eliminating persistent contaminants, including pesticides and flame retardants (OPFRs). In this context, a promising alternative is the use of biological activated carbon (BAC) filters combined with ozone in multi-barrier processes (O3-BAC-O3). This work focused on analyzing the efficiency of BAC columns for the removal of emerging contaminants, with an emphasis on pesticides and flame retardants, as well as the toxicity of post-BAC effluents, in order to assess the need for a multi-barrier process. BAC columns were built from granular activated carbon (GAC) in glass tubes with a height of 1 m and a diameter of 20 mm packed with two types of activated carbon obtained commercially from BFilters (BF) and Sigma-Aldrich (SA), each 25 cm and 50 cm high. For biofilm formation, the filters were fed for 360 days with secondary effluent collected from a municipal sewage plant. Physico-chemical parameters were analyzed, with emphasis on chemical and biochemical oxygen demand (COD, BOD), dissolved oxygen; metagenomic analysis, and surface analysis with emphasis on; scanning electron microscopy (SEM) analysis; and specific surface analysis (BET) to monitoring microbial growth. The GAC (SA) showed better performance in terms of organic matter adsorption (around 90% removal) in the first 15 days of operation compared to the BF, which achieved around 60%. Through metagenomic analysis, it was possible to characterize the microbial diversity in the biofilms constructed from the CAG, with a predominance of the species lysinibacillus sphaericus, fusimforms and Mucor circinelloides. The SEM images showed microbial growth inside the pores of the CAG, especially the BF. In addition, the growth of the biofilm altered its surface, significantly increasing the surface area of BF activated carbon from 481.60 to 692.05 m2.g-1 compared to SA, which went from 627.07 to 641.87 m2g-1, an increase of 43.70% and 2.4% respectively. After biofilm formation, BF also showed an increase of up to 32% in the volume of micropores and a decrease in their diameter, showing that microbial growth occurred inside the pores. These results indicate the greater performance of BF for biofilm growth compared to SA, with greater microbial diversity, surface area and pore diameter. The performance for removing contaminants showed the efficiency of both biofilters (BF and SA), with average removal of 99% of pesticides, except carbofuran (88%) and 100% for OPRFs, with concentrations below the limit of quantification (LOQ). The removal of contaminants by biofilter bioremediation indicates the formation of metabolites in the final effluent, increasing the effluent's toxicity. The toxicity tests carried out using E. sativa and A. salina showed that treatment via BAC is not sufficient to remove the metabolites generated by the bioremediation of microorganisms, requiring the ozonation stage to reduce toxicity. Using the multi-barrier treatment (O3-BAC-O3), the two toxicity tests showed statistical significance (p<0.05) in reducing the toxicity of the effluent for both biofilters and for both contaminants (pesticides and OPFRs)AbertoMestradoAmbienteMestre em TecnologiaCAPES88881.191742/2018-00FAPESP2019/26210-8; 2022/00454-0; 2022/04015-1CNPQ311674/2021-6[s.n.]Dantas, Renato Falcão, 1978-Cavalcante, Rodrigo PereiraSilva, Gustavo Henrique Ribeiro daOkada, Dagoberto YukioUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de TecnologiaPrograma de Pós-Graduação em TecnologiaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASCamara, Luan Araújo, 1992-20232023-11-09T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (124 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/28079CAMARA, Luan Araújo. Filtros de carvão ativado biologicamente para emprego em configuração multibarreiras (O3-BAC-O3) visando à remoção de contaminante de preocupação emergente e toxicidade. 2023. 1 recurso online (124 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia, Limeira, SP. Disponível em: 20.500.12733/28079. Acesso em: 29 set. 2025.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1456635Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1456635Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2025-07-04T13:12:44Zoai::1456635Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2025-07-04T13:12:44Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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